Свойства портлантцемента

A. Состав портландцементного клинкера

Классификация

Характеристика выпускаемой продукции

СогласноГОСТ 31108-2003 принята следующая классификация цементов

· По вещественному составу, цементы подразделяют на пять типов:

- ЦЕМ I - портландцемент;

- ЦЕМ II - портландцемент с минеральными добавками;

- ЦЕМ III - шлакопортландцемент;

- ЦЕМ IV - пуццолановый цемент;

- ЦЕМ V - композиционный цемент.

Примечание - Цемент типа ЦЕМ I не содержит минеральных добавок в качестве основного компонента.

· По содержанию портландцементного клинкера и добавок цементы типов ЦЕМII - ЦЕМ V подразделяют на подтипы А и В.

· По прочности на сжатие в возрасте 28 сут цементы подразделяют на классы: 22,5; 32,5; 42,5; 52,5.

· По прочности на сжатие в возрасте 2 (7) суток (скорости твердения) каждый класс цементов, кроме класса 22,5, подразделяют на два подкласса: Н (нормальнотвердеющий) и Б (быстротвердеющий).[3]

Качество портландцементного клинкера определяется его химическим и химико-минералогическим составами.

Химический состав характеризуется содержанием в
 клинкере различных окислов, основными из которых являются
 CaO, Si0₂, А1₂0₃ и Fe₂0₃. Наряду с основными окислами на свойства цемента могут существенно влиять также MgO, S0₃ и некоторые другие соединения, такие, как окислы щелочных металлов К2О
 и Na20, двуокись титана ТiО₂, фосфорный ангидрид Р₂0₅, окись
 марганца Mg₂0₃. Процентное содержание основных окислов
 в портландцементном клинкере находится в следующих пределах,
 %: СаО —62—67; Si0₂ — 20—24; А1203 — 4—7; Fe₂O₃ —2—5;
 MgO, S0₃ и др. — 1,5—4.

Химико-минералогический состав клинкера
 характеризуется соединениями (минералами), которые образуются
 из основных окислов в процессе обжига, и соотношением между
 этими окислами, выражающимся коэффициентом насыщения
 кремнезема окисью кальция и различными модулями.

Минералогический состав клинкера. Портландцементный клинкер состоит из соединений (минералов), главнейшие из которых: трехкальциевый силикат (алит)—3Ca0-Si0₂;
 двухкальциевый силикат (белит)—2Ca0-Si0₂; трехкальциевый
 алюминат — ЗСа0-А1₂0₃ и четырехкальциевый алюмоферрит —
 4Ca0-Al₂0₃-Fe₂0₃. Для удобства написания формул различных
 соединений приняты сокращенные обозначения соединений, в которых окислы обозначают первой буквой, относящейся к ним формулы, а индексы около букв показывают число молекул данного
 окисла. Так, 3Ca0-Si0₂ обозначается C3S; 2Ca0-Si0₂ — C2S;
 ЗСаО • А1₂0₃ — С3А и 4СаО-Al₂0₃-Fe₂0₃ — C4AF.

Содержание основных минералов в клинкере обыкновенного
 портландцемента находится в следующих пределах, %: ЗСаОхSi0₂ — 42—65%; 2Ca0-Si0₂ — 15—50%; ЗСа0-А1₂0₃ — 2—15%;
 4СаО • А1₂0з • Fe₂0₃ — 10—25% [4].

К основным свойствам портландцемента относятся: прочность
(активность), сроки схватывания, равномерность изменения объема, тонкость помола, плотность, водопотребность, водоотделение, морозостойкость, тепловыделение, сцепление со стальной арматурой.

Прочность — свойство материалов в определенных условиях
 и пределах, не разрушаясь, воспринимать те или иные нагрузки.
 Прочность цемента зависит от его способности затвердевать при
 смешивании с водой в прочное камневидное тело. [4] По прочности на сжатие в возрасте 28 суток цементы подразделяют на классы: 22,5; 32,5; 42,5; 52,5 [3].

Сроки схватывания портландцемента определяют при испытании теста нормальной густоты. Нормальная густота цементного теста характеризуется количеством воды затворения, выраженным в процентах от массы цемента. Начало схватывания портландцемента должно наступать не ранее 45 мин, а конец — не позднее 10 ч от момента затворения его водой. Если цемент быстро схватывается, то прежде, чем его успеют
 использовать, он уже превращается в камневидное тело. При медленном схватывании цемента замедляются темпы строительства.

Равномерность изменения объема портландцемента определяют при испытании образцов кипячением в воде. Неравномерность изменения объема может быть вызвана повышенным содержанием в цементе свободных окисей кальция СаО, магния MgO и гипса. СаО и MgO, взаимодействуя с водой, образуют
 Са(ОН)₂ и Mg (ОН)₂, при этом они увеличивают свой объем и вызывают тем самым внутренние растягивающие напряжения в цементном камне. Это явление приводит к образованию трещин и
 разрушению изделий из цемента (бетона).

Тонкость помола характеризуется также удельной поверхностью, т. е. суммарной поверхностью всех частиц, содержащихся
 в 1 кг цемента. У обыкновенного портландцемента удельная поверхность, обычно составляет 250—300 м2/кг (2500—3000 см2/г).

Плотность портландцемента колеблется в пределах от 3000
до 3200 кг/м3.

Водопотребность цементного теста. Вода, добавляемая к цементу при затворении, необходима для нормального
 течения химических процессов, происходящих при твердении цемента, и для придания свежеприготовленному цементному раствору
 или бетону подвижности (пластичности, текучести), что обеспечивает плотность его укладки в форму или опалубку.

Водопотребность портландцемента сравнительно невелика: для
 получения теста нормальной густоты требуется 21—27% воды. Водопотребность различных портландцементов зависит от их минералогического состава, тонкости помола, присутствия активных минеральных добавок.

Водоотделение цементного теста — процесс отжима воды в затворенном цементном тесте, растворе или бетоне под действием силы тяжести зерен заполнителя и частиц цемента. Некоторое количество воды при этом выступает на поверхность уложенной бетонной смеси (наружное водоотделение), а часть воды скапливается под поверхностями зерен крупного заполнителя
(внутреннее водоотделение). При послойной укладке бетона выделяющаяся из него вода скапливается между укладываемыми слоями, в результате образуется прослойка бетона с большим содержанием воды, что отрицательно сказывается на сцеплении одного слоя с другим. Происходит как бы расслаивание бетона, нарушающее его монолитность. Расслаивание может происходить и внутри
 бетона. Образующаяся в результате водоотделения пленка воды
 может понизить сцепление цемента также и с арматурой.

Морозостойкость цементных растворов и бетонов — способность сопротивляться попеременному их замораживанию и оттаиванию в пресной или морской воде. Вода при замерзании превращается в лед, при этом она увеличивается в объеме примерно на
8%. Это создает давление на стенки пор, нарушает структуру раствора или бетона и в конечном результате приводит к его разрушению.

Существуют марки по морозостойкости портландцемента F25, F35, F50, F75, F100…F1000.

Тепловыделение. В процессе твердения портландцемент выделяет тепло. Если тепло выделяется очень медленно, то это обычно не вызывает возникновения трещин в бетоне. Если же этот
процесс протекает сравнительно быстро, то применять данный цемент для возведения массивных сооружений не следует. Количество тепла, выделяемое за 28 суток твердения отдельными клинкерными минералами, колеблется в пределах от 167,6 Дж/г для двухкальциевого силиката 2Ca0-Si02 до 879,9 Дж/г для трехкальциевого алюмината ЗСаО-А1₂Оз. Кроме того, на количество тепла, выделяющегося при твердении портландцемента, влияет тонкость его
 помола, количество воды затворения и температура окружающей
 среды [4].

Дата добавления: 2014-12-10